软包聚合物锂电池都有那些缺点跟优点？锂离子电池模组

随着能量密度要求的不断进步，各个生产商都在着力进步自家产品的参数，首要的沿着两条半道路在尽力：一个是赶紧研制高比能量的正极材料，别的一个是进步电池单体容量，减小壳体等辅助结构在单体中所占比重。别的半条，是考虑转型软包电池，这从目前干流电池厂活跃接受国家软包电池方向科研项目能够窥见一斑。软包电池是不是最适宜的动力电池技能道路？今天整理一些软包电池方面内容，一起预测一下动力电池未来技能道路。

软包电池基本结构

图片来自轿车工程师之家

软包电池的基本结构与圆柱和方形是类似的，都是正极、负极、隔阂、绝缘材料、正负极极耳和壳体，仅仅软包电池的课题是铝塑膜。

铝塑膜结构如上图所示：最外层是尼龙层，中心是铝箔，内层为热封层，每层之间以粘结剂粘合。

铝塑膜被要求具有如下特点：具有极高的阻隔性；具有杰出的热封功能；材料耐电解液及强酸腐蚀；具有杰出的延展性、柔韧性和机械强度。

软包电池优点

软包电池，铝塑膜变形空间较大，不像钢壳铝壳电芯那样热失控时分会发生爆炸；壳体是一层铝塑膜，重量轻，非活性部分所占比重小，软包电池重量较平等容量的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%；相同尺度标准比较，容量更大，软包电池较平等标准尺度的钢壳电池容量高10～15%，较铝壳电池高5～10%；壳体强度低，循环过程中对内部结构发生的机械应力小，对循环寿数有益（当然是在成组设计时没有施加额外的应力的情况下）；极耳方位充裕，充放电过程中，热量分布均匀。

软包电池的缺陷

壳体强度低，对成组技能依赖性强；与卷绕生产方法比较，叠片的生产效率相对较低；

软包电池的一般生产流程

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因为外壳是铝塑膜，其生产工艺在一些方面与其它两类商用电池不同。比方铝塑膜的封装工艺，比方化成过程中的整形工艺等。

软包电池封装工序

铝塑膜成型工序，软包电芯能够依据客户的需求设计成不同的尺度，当外形尺度设计好后，就需求开具相应的模具，使铝塑膜成型。成型工序也叫作冲坑，望文生义，便是用成型模具在加热的情况下，在铝塑膜上冲出一个能够装卷芯的坑，详细的见下图。

铝塑膜冲好并裁剪成型后，一般称为Pocket袋，见下图所示。一般在电芯较薄的时分挑选冲单坑（下图左），在电芯较厚的时分挑选冲双坑（下图右），因为一边的变形量太大会打破铝塑膜的变形极限而导致破裂。

有时分依据设计的需求，会在气袋的方位再冲一个小坑，以扩展气袋的体积。

顶侧封工序，顶侧封工序是软包锂离子电芯的第一道封装工序。顶侧封实际包含了两个工序，顶封与侧封。首要要把卷绕好的卷芯放到冲好的坑里，然后沿虚线方位将包装膜半数，如下图所示。

下面这种图是铝塑膜装入卷芯后，需求封装的几个方位，包含顶封区、侧封区、一封区与二封区。下面分别进行介绍。

把卷芯放到坑中之后，就把整个铝塑膜能够放到夹具中，在顶侧封机里进行顶封与侧封了。顶侧封机是这样子的：

图中这种类型的顶侧封机带四个夹具，左边那个工位是顶封，右边那个工位是侧封。那两块黄色的金属是上封头，下面还有一个下封头，封装的时分两个封头带有必定的温度（一般在180℃左右），合拢时压在铝塑膜上，铝塑膜的PP层就熔化然后黏结在一起了，这样就封装OK了。

仍是首要来说说顶封，顶封区域的示意图如下图所示。顶封是要封住极耳的，极耳是金属（正极铝，负极镍），怎样跟PP封装到一起呢？这就要靠极耳上的一个小部件—极耳胶来完结了。极耳胶详细的结构我不是很清楚，希望有懂行的人来补充。我只知道它也有PP的本钱，也便是说在加热时能够熔化黏结。在极耳位的封装见下图中圆圈部分所示。封装时，极耳胶中的PP与铝塑膜的PP层熔化黏结，构成了有用的封装结构。

注液、预封工序，软包电芯在顶侧封之后，需求做X-ray检查其卷芯的平行度，然后就进干燥房除水气去了。在干燥房静置若干时间时分，就进入了注液与预封工序。

经过上面的介绍咱们知道，电芯在顶侧封完结之后，就只剩下气袋那儿的一个开口，这个开口便是用来注液的。在注液完结之后，需求立刻进行气袋边的预封，也叫作一封。一封封装完结后，电芯从理论上来说，内部便是彻底与外部环境隔绝了。一封的封装原理与顶侧封相同，这里就不赘述了。

静置、化成、夹具整形工序，在注液与一封完结后，首要需求将电芯进行静置，依据工艺的不同会分为高温静置与常温静置，静置的目的是让注入的电解液充沛浸润极片。然后电芯就能够拿去做化成了。

上图是软包电芯的化成柜，其实便是一个充放电的设备，我找了好久没有找到带电芯的图片，大家想想一下电芯夹在上面的画面就OK了。化成便是对电芯的初次充电，但不会充到运用的最高电压，充电的电流也非常小。

化成的目的是让电极外表构成稳定的SEI膜，也便是相当于一个把电芯“激活”的过程。在这个过程中，会发生必定量的气体，这也便是为什么铝塑膜要预留一个气袋。有些工厂的工艺会运用夹具化成，即把电芯夹在夹具里（有时分图简便就用玻璃板，然后上钢夹子）再上柜化成，这样发生的气体会被充沛地挤到旁边的气袋中去，一起化成后的电极界面也更佳。

在化成后有些电芯，尤其是厚电芯，因为内部应力较大，可能会发生必定的变形。所以某些工厂会在化成后设置一个夹具整形的工序，也叫作夹具烘烤。

二封工序，刚才说了化成过程中会发生气体，所以咱们要将气体抽出然后再进行第2次封装。在这里有些公司成为两个工序：排气与二封，还有后边一个剪气袋的工序，这里我就一起笼统的都称为二封了。

二封时，首要由铡刀将气袋刺破，一起抽真空，这样气袋中的气体与一小部分电解液就会被抽出。然后立刻二封封头在二封区进行封装，保证电芯的气密性。最后把封装完的电芯剪去气袋，一个软包电芯就基本成型了。二封是锂离子电池的最后一个封装工序，其原理仍是跟前面的热封装一样，不再赘述。

化成过程中的加压工艺

因为软包装电池选用铝塑封装结构，其外型结构决定了极片不能紧密摆放，极片之间简单发生空地，在电池化成过程中发生的气体也简单在极片之间残留，在之后的封口中气体不能彻底排出，从而影响电池功能，所以考虑采纳在化成两次充电之间选用滚压工艺将极片之间的气体扫除。

下图为全部化成完结后，没有滚压和施加滚压的两类电池解剖图片。

没有经过滚压的电池

运用了滚压工艺的电池

前一副图，电池负极片存在很多死区，而后边图中，电池负极外表完好，没有发现死区现象。软包电池在化成过程中会发生气体，其在化成过程中会加大正极、隔阂、负极间的距离，阻止锂离子从正极片到负极片的传输，别的，气体的存在还会阻止电解液与正极、负极的触摸，使得负极部分浸润功能变差，终究导致在负极片上存在很多未反响的死区。

经过一个月前后两次电压比照发现，未滚压和恰当滚压的电池的两次压差很低，标明容量衰减很低，而施加滚压力最大的电芯，压差很大，标明容量衰减很大，可能是因为电池滚压的压力过大，形成隔阂部分刺穿，进而形成电池内部微短路，形成容量衰减。

由此可见，恰当的时间施加恰当的滚压力，是软包成型工艺中的一个独特环节。

软包锂电池模组的压力

软包锂离子电池模块一般选用层叠的方法构成模块，在模块中对层叠的电池施加必定的力进行压紧，其效果首要是对电池进行约束。该压力若太小则电池在随车体振动时简单被损坏;太大则会对电池的寿数发生负面影响。因此进行软包锂离子电池模块结构设计时必须考虑给电池施加一个适宜的压力。小的堆叠压力能防止层与层脱开，对电池长时间寿数有利。但因为循环锂离子的丢失，较大的压力导致较大的容量衰减率。别的，堆叠压力还会导致隔阂部分变形以及化学降解。当电池容量从0～100%变化时，锂电池的厚度会添加1.2%左右。从这些研究结果来看，锂电池外部压力对电池的功能有明显的影响，在进行锂电池模块结构设计时必须考虑。